DE102007061979A1

DE102007061979A1 - Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102007061979A1
Application number: DE102007061979A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Rahm; Marius Dr. Dichtl; Manfred Dr. Heim; Thomas KÄMPFE; Thomas Prof. Dr. Pertsch; Jörg PETSCHULAT; Ernst-Bernhard Dr. Kley; Hans Dr. Lochbihler
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2225110B1; WO2009083151A1; EP2225110A1; US9004540B2; US20100307705A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement (20) für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einem einfallende elektromagnetische Strahlung (30) selektiv beeinflussenden Merkmalsbereich (24). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Merkmalsbereich (24) metallische Nanostrukturen (28) enthält, in denen durch die einfallende elektromagnetische Strahlung (30) Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt und/oder Resonanzerscheinungen hervorgerufen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einem Merkmalsbereich, der einfallende elektromagnetische Strahlung selektiv beeinflusst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sicherheitselements, sowie ein Sicherheitspapier und einen Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement.
Zur Echtheitsabsicherung von Kreditkarten, Banknoten und anderen Wertdokumenten werden seit einigen Jahren Hologramme, holographische Gitterbilder und andere hologrammähnliche Beugungsstrukturen eingesetzt. Metallisierte Präge-Hologramme, die vorzugsweise aus sinusförmigen Oberflächenprofilen mit Gitterperioden zwischen etwa 600 nm und 2 μm bestehen, dienen heutzutage auf unzähligen Banknoten als Zeichen ihrer Echtheit.
Um die Attraktivität und Fälschungssicherheit weiter zu steigern, wurde eine Vielzahl von optisch variablen Effekten entwickelt: Sobald die Banknote relativ zum Betrachter und/oder zur Lichtquelle bewegt wird, verändert das Hologramm sein Erscheinungsbild drastisch. Besonders typisch sind Farbänderungen, die sich in sogenannten Lauf-, Kipp- oder Morph-Effekten manifestieren. Diese optische Variabilität sowie der metallische Glanz der metallisierten Hologramm-Folien sorgen dafür, dass sich echte Banknoten deutlich von Fälschungen unterscheiden, die mit Hilfe von Farbdruckern erstellt wurden. Vergleichbare optische Variabilität kann mit handelsüblichen Farben nicht erreicht werden. Beugungsgitter, die Grundbausteine derartiger Hologramme, erzeugen grundsätzlich eine spektrale Farbaufspaltung.
Trotz des hohen Entwicklungsstandes, den die zum Schutz von Banknoten gegen Fälschung eingesetzten Hologramme mittlerweile erreicht haben, gelangen immer bessere Fälschungen auf den Markt. Die in den Hologrammen verwendeten Gitterperioden von mindestens 600 nm sind nicht nur mit Elektronenstrahllithographie-Anlagen, sondern auch durch interferometrische Direktbelichtung mit Hilfe eines Lasers herstellbar, wodurch die Fälschungssicherheit der Hologramme deutlich vermindert wird. Besonders häufig werden Hologramm-Fälschungen mit Hilfe von Dot-Matrix-Systemen angefertigt, deren Funktionsweise letztlich ebenfalls auf der Interferenz von Laserstrahlen beruht.
Seit einiger Zeit werden auch sogenannte Moiré-Vergrößerungsanordnungen als Sicherheitsmerkmale eingesetzt. Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Moiré-Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel „The moiré magnifier", M. C. Hutley, R. Hunt, R. F. Stevens and P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142, beschrieben. Kurz gesagt bezeichnet Moiré-Vergrößerung danach ein Phänomen, das bei der Betrachtung eines Rasters aus Bildobjekten durch ein Linsenraster mit annähernd demselben Rastermaß auftritt. Wie bei jedem Paar ähnlicher Raster ergibt sich dabei ein Moiré-Muster, wobei in diesem Fall jeder der Moiréstreifen in Gestalt eines vergrößerten und gedrehten Bildes der Elemente des Bildrasters erscheint.
Aufgrund der geringen Strichstärke der in derartigen Moiré-Vergrößerungsanordnungen eingesetzten Buchstaben und Symbole von etwa einem Mikrometer war es bisher nicht möglich, farbige Buchstaben durch fein strukturierte metallische Oberflächen zu erzeugen. Beugungseffekte kommen für die Farbgebung kaum in Frage, weil Gitter mit den üblichen Perioden nicht oder nur in Spezialfällen in den Linien, aus denen die Buchstaben bzw. Symbole des Mikrostruktur-Arrays bestehen, untergebracht werden können.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Sicherheitselement mit einem attraktiven visuellen Erscheinungsbild und hoher Fälschungssicherheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sicherheitselements, ein Sicherheitspapier und ein Datenträger sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement vorgesehen, dass der Merkmalsbereich metallische Nanostrukturen enthält, in denen durch die einfallende elektromagnetische Strahlung Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt und/oder Resonanzerscheinungen hervorgerufen werden.
Plasmonen sind kollektive Schwingungen der freien Elektronen relativ zu den Ionenrümpfen in Metallen. Bei der sogenannten Plasmafrequenz tritt eine erhöhte Absorption des anregenden Lichtes auf. Durch Rekombination von Plasmonen in Strahlung kann Lichtstreuung auftreten, vor allem, wenn das Metall in Partikelform vorliegt. Oberflächenplasmon-Polaritonen (SPs) sind an metallische Grenzflächen gebundene elektromagnetische Strahlung, die sich entlang ihrer Grenzschicht ausbreitet und dabei eine Absorption erleidet. Die Anregung von Oberflächenplasmon-Polaritonen erfolgt über die Impulsanpassung des einfallenden Lichtes und den Oberflächenplasmon-Polaritonen über ein Dielektrikum bzw. über den reziproken Gittervektor der periodischen Strukturierung der Metalloberfläche.
Ferner können an Subwellenlängengittern außergewöhnliche Intensitätsänderungen in der Transmission bzw. in der Reflexion auftreten, wenn das einfallende Licht zu Resonanzen in den Zwischenräumen bzw. in den Hohlräumen der Gitterstruktur führt. Auch derartige Resonanzeffekte können durch die Anregung von Oberflächenplasmonen bzw. Oberflächenpolaritonen durch die einfallende Strahlung erklärt werden. Man kann bei Transmissionsgittern hierbei eine starke Intensitätsumverteilung zwischen Reflexion und Transmission für bestimmte Wellenlängenbereiche beobachten. Diese sogenannten Hohlraumresonanzen führen ebenso zu einer erhöhten Absorption des Lichtes. Erwähnenswert ist, dass dieser Effekt auch eine außergewöhnliche Transmissionserhöhung hervorrufen kann.
Auch wenn die genannten physikalischen Effekte gegenwärtig als die korrekte Beschreibung der auftretenden Phänomene angesehen werden, ist die vorliegende Erfindung durch die räumlich-körperliche Ausgestaltung der vorgeschlagenen Sicherheitselemente definiert und nicht an die gegebene Erklärung der Phänomene durch Anregung von Volumen- oder Oberflächenplasmonen oder dem Auftreten von Resonanzerscheinungen gebunden.
Im Rahmen der Erfindung ist bevorzugt, wenn der Merkmalsbereich des Sicherheitselements einfallende elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich selektiv beeinflusst. Insbesondere kann der Merkmalsbereich einfallende elektromagnetische Strahlung selektiv reflektieren und/oder transmittieren. Beispielsweise kann der Merkmalsbereich bestimmte Spektralanteile des sichtbaren Lichts reflektieren und andere Spektralanteile des sichtbaren Lichts transmittieren und so in Reflexion und Transmission mit unterschiedlichen Farben erscheinen.
Zur Ausbildung eines Durchsichtssicherheitselements kann der Merkmalsbereich insbesondere transparent oder transluzent ausgebildet sein. Bei Sicherheitselementen, die auf Betrachtung in Reflexion ausgelegt sind, kann der Merkmalsbereich oder das Substrat des Sicherheitselements auch opak sein.
Der Merkmalsbereich kann in verschiedenen Teilbereichen verschiedene metallische Nanostrukturen enthalten, beispielsweise um verschiedenfarbige Bereiche innerhalb des Sicherheitselements zu erzeugen.
In einer bevorzugten Erfindungsvariante weist der Merkmalsbereich als metallische Nanostrukturen metallische Nanopartikel auf, die in ein Trägermedium eingebettet sind. Vorteilhaft weisen die metallischen Nanopartikel eine größte Abmessung zwischen 2 nm und 400 nm, bevorzugt zwischen 5 nm und 300 nm und besonders bevorzugt zwischen 10 nm und 200 nm auf.
Die metallischen Nanopartikel können im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sein, können aber auch mit einer Vorzugsrichtung, insbesondere als Rotationsellipsoide oder in Stäbchen- oder Plättchenform ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die metallischen Nanopartikel aus homogenen metallischen Partikeln gebildet, insbesondere aus Au-, Ag-, Cu- oder Al-Partikeln, da bei diesen die beschriebenen Farbeffekte im sichtbaren Spektralbereich beobachtbar sind. Alternativ können die metallischen Nanopartikel aus Kern-Hülle-Partikeln gebildet sein, bei denen eines der Materialien von Kern und Hülle ein Metall, insbesondere Au, Ag, Cu oder Al ist. Das andere der Materialien von Kern und Hülle ist vorteilhaft ebenfalls ein Metall oder ein Dielektrikum.
Um die Nanopartikel nach dem Aufbringen durch ein Magnetfeld anordnen oder ausrichten zu können, kann vorgesehen sein, dass eines der Materialien von Kern und Hülle magnetisch ist. Der Merkmalsbereich kann weiter eine Mischung verschiedener metallischer Nanopartikel enthalten, insbesondere eine Mischung von Nanopartikeln unterschiedlichen Durchmessers.
Das Trägermedium ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise durch eine transparente oder gefärbte Lackschicht gebildet.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Merkmalsbereich eine strukturierte Oberfläche mit Erhebungen und Vertiefungen auf, wobei die metallischen Nanopartikel in den Vertiefungen der strukturierten Oberfläche angeordnet sind. Die strukturierte Oberfläche kann insbesondere durch ein thermoplastisch prägbares Material oder eine geprägte Lackschicht, insbesondere eine geprägte UV-Lackschicht gebildet sein. In manchen Ausgestaltungen ist die strukturierte Oberfläche zweckmäßig metallisiert.
Zur Kombination der Farbeffekte der Nanopartikel mit Beugungseffekten kann die strukturierte Oberfläche eine Beugungsstruktur bildet, die die einfallende elektromagnetische Strahlung spektral aufspaltet.
Je nach gewünschter Farbwirkung kann die strukturierte Oberfläche in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch oder auch stochastisch ausgebildet sein.
Der Merkmalsbereich kann weiter eine Metallschicht enthalten, über der die metallischen Nanostrukturen angeordnet sind. In einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Merkmalsbereich ein Dünnschichtelement mit Farbkippeffekt, das eine Metallschicht, eine Absorberschicht und eine zwischen der Reflexionsschicht und der Absorberschicht angeordnete dielektrische Abstandsschicht aufweist, wobei die metallischen Nanopartikel in der dielektrischen Abstandsschicht angeordnet sind. Die Metallschicht kann spiegelnd oder, falls das Sicherheitselement in Durchsicht betrachtet werden soll, auch semitransparent ausgebildet sein.
Nach einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante enthält der Merkmalsbereich als metallische Nanostrukturen ein oder mehrere Subwellenlängengitter mit Gitterperioden unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Die Subwellenlängengitter können beispielsweise als Binärstrukturen ausgebildet sein, die ausschließlich ebene metallische Flächenabschnitte auf nur zwei verschiedenen Höhenstufen enthalten, oder als Multilevelstrukturen, die ausschließlich ebene metallische Flächenabschnitte auf n verschiedenen Höhenstufen enthalten, wobei n zwischen 3 und 16 liegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Subwellenlängengitter ein z-förmiges Metallprofil auf.
Auch die Subwellenlängengitter können mit einer Beugungsstruktur kombiniert sein, die die einfallende elektromagnetische Strahlung spektral aufspaltet. Zur spektralen Verbreiterung der auftretenden Resonanzen können die Subwellenlängengitter Gitterlinien einer variierenden Breite aufweisen.
Die Gitterperioden der Subwellenlängengitter liegen vorzugsweise zwischen 10 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 50 nm und 400 nm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 350 nm.
Die Subwellenlängengitter können durch lineare, eindimensionale Gitter gebildet sein oder auch durch zweidimensionale Kreuzgitter, die in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch sind. In einer weiteren Variante sind die Subwellenlängengitter durch ein- oder zweidimensionale wiederholte Anordnung von metallischen Strukturelementen gebildet, wobei die Strukturelemente insbesondere in Form von Quadraten, Rechtecken, Kreisflächen, Ringstrukturen, Streifen oder einer Kombination dieser Elemente oder eine beliebige andere Form gebildet sind. Auch diese Anordnungen können in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch sein.
Die Subwellenlängengitter können in ein Interferenzschichtsystem integriert sein, um ihre optische Wirkung zu modifizieren oder zu verstärken.
In allen Erfindungsvarianten kann der Merkmalsbereich in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung vorliegen.
Aufgrund der Kleinheit der metallischen Nanostrukturen können diese mit besonderem Vorteil in Sicherheitselementen eingesetzt werden, deren Merkmalsbereiche Mikrostrukturen mit einer Strichstärke zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm enthalten. Ein Beispiel derartiger Sicherheitselemente stellen mikrooptischen Moiré-Vergrößerungsanordnungen dar, wie sie in den Druckschriften DE 10 2005 062 132 A1 und WO 2007/076952 A2 beschrieben werden. In diesem Fall wird als Mikrostruktur vorzugsweise ein Motivbild aus einer planaren periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Mikromotivelementen aufgebracht. Die lateralen Abmessungen der Mikromotivelemente liegen dabei mit Vorteil zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm, vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und etwa 35 um. Zusätzlich wird die gegenüberliegende Seite des Trägers zweckmäßig mit einer planaren periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Mikrofokussierelementen zur Moiré-vergrößerten Betrachtung der Mikromotivelemente des Motivbilds versehen. In manchen Ausgestaltungen bietet es sich an, die Mikrofokussierelemente und die Mik romotivelemente auf derselben Seite des Trägers anzuordnen. Auch beidseitige Gestaltungen, bei denen eine Mikromotivelement-Anordnung durch zwei gegenüberliegende Mikrofokussierelement-Anordnungen betrachtet werden kann, kommen in Frage.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements der beschriebenen Art, bei dem das Sicherheitselement in einem Merkmalsbereich mit metallischen Nanostrukturen versehen wird, in denen durch die einfallende elektromagnetische Strahlung Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt und/oder Resonanzerscheinungen hervorgerufen werden.
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante werden als metallische Nanostrukturen dabei in ein Trägermedium eingebettete metallische Nanopartikel auf ein Substrat aufgebracht, insbesondere aufgedruckt.
Sind die metallischen Nanopartikel magnetisch, so können sie nach dem Aufbringen auf das Substrat durch ein externes Magnetfeld ausgerichtet und/oder angeordnet werden. Zweckmäßig werden die Nanopartikel nach dem Ausrichten und/oder Anordnen durch Trocknen oder Härten des Trägermediums immobilisiert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Substrat mit einer strukturierten Oberfläche mit Erhebungen und Vertiefungen versehen, und es werden metallische Nanopartikel in die Vertiefungen der strukturierten Oberfläche eingebracht. Dazu kann mit Vorteil ein fluides Trägermedium mit den metallischen Nanopartikeln auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt werden, und die strukturierte Oberfläche dann gerakelt oder gewischt werden, so dass die metallischen Nanopartikel nur in den Vertiefungen der strukturierten Oberfläche zurückbleiben. Danach wird die strukturierte Oberfläche mit den in den Vertiefungen eingebrachten Nanopartikeln vorteilhaft mit einer Lackschicht abgedeckt.
In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante werden als metallische Nanostrukturen ein oder mehrere Subwellenlängengitter mit Gitterperioden unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts auf ein Substrat aufgebracht. Dazu kann beispielsweise in eine Prägelackschicht eine Reliefstruktur in Form der gewünschten Subwellenlängengitter eingeprägt werden und auf diese Reliefstruktur eine Metallisierung aufgebracht, insbesondere aufgedampft werden. Die Metallisierung wird zweckmäßig in einem Aufdampfwinkel Q aufgedampft, der zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 80° liegt. Die metallisierte Reliefstruktur wird dann vorteilhaft mit einer weiteren Lackschicht abgedeckt.
Als Subwellenlängengitter kann auch eine ein- oder zweidimensionale wiederholte Anordnung von metallischen Strukturelementen auf das Substrat aufgebracht, insbesondere aufgedampft werden, wie weiter unten genauer beschrieben.
Die Erfindung enthält ferner ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen, sowie einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument wie eine Banknote, ein Pass, eine Urkunde, eine Ausweiskarte oder dergleichen. Das Sicherheitspapier bzw. der Datenträger sind erfindungsgemäß mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art ausgestattet. Das Sicherheitselement kann, insbesondere wenn es auf einem transparenten oder transluzenten Substrat vorliegt, auch in oder über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung des Sicherheitspapiers bzw. des Datenträgers angeordnet sein.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem Durchsichtssicherheitselement und einem aufgeklebten Transferelement, jeweils nach Ausführungsbeispielen der Erfindung,
2 ein erfindungsgemäßes Durchsichtssicherheitselement im Querschnitt,
3 bis 5 Ausführungsbeispiele mit strukturierten Oberflächen zur Steuerung der räumlichen Verteilung der metallischen Nanopartikel,
6 in (a) bis (c) Aufsichten auf Merkmalsbereiche weiterer erfindungsgemäßer Sicherheitselemente,
7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem metallische Nanopartikel in ein Dünnschichtelement mit Farbkippeffekt integriert sind,
8 und 9 schematische Querschnitte durch erfindungsgemäße Sicherheitselemente mit Subwellenlängengitter,
10 stark schematisiert die Farbigkeit bestimmter, erfindungsgemäßer Subwellenlängengitter in Abhängigkeit von dem Be dampfungswinkel Q, wobei in (a) die Farbigkeit in Reflexion und in (b) die Farbigkeit in Transmission, jeweils in der nullten Beugungsordnung gezeigt ist,
11 ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement, dessen Merkmalsbereich mit einer metallisierten Prägestruktur mit zwei überlagerten Gittern versehen ist,
12 eine schematische Aufsicht auf einen Merkmalsbereich mit einem in zwei Raumrichtungen periodischen, rechteckigen Kreuzgitter,
13 in (a) und (b) Aufsichten auf Subwellenlängengitter, die aus zweidimensionalen periodischen Anordnungen von Strukturelementen gebildet sind,
14 ein in ein Interferenzschichtsystem integriertes Subwellenlängengitter,
15 in (a) bis (c) drei Ausführungsformen von Mikromotivelementen, die durch Füllung mit metallischen Nanostrukturen farbig erscheinen, und
16 ein Ausführungsbeispiel wie in 15, bei dem sowohl die Mikromotivelemente als auch der umgebende Velinbereich nanostrukturiert sind.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Bankno te 10, die mit zwei Sicherheitselementen 12 und 16 nach Ausführungsbeispielen der Erfindung versehen ist. Das erste Sicherheitselement stellt dabei ein Durchsichtssicherheitselement 12 dar, das über einem Durchsichtsbereich 14, etwa einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung der Banknote 10 angeordnet ist. Das zweite Sicherheitselement 16 ist durch ein opakes, aufgeklebtes Transferelement beliebiger Form gebildet.
Beide Sicherheitselemente weisen in einem Merkmalsbereich metallische Nanostrukturen auf, in denen durch einfallendes sichtbares Licht Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt bzw. Resonanzeffekte hervorgerufen werden, die neuartige Farbeffekte erzeugen, die aufgrund der Kleinheit der jeweils farbgebenden Nanostrukturen nur schwer zu fälschen sind.
Wie oben bereits erläutert, stellen Plasmonen die Eigenmoden kollektiver Schwingungen der freien Elektronen relativ zu den Ionenrümpfen in Metallen dar, die durch einfallende elektromagnetische Strahlung angeregt werden können. Bei einer bestimmten Wellenlänge werden die frei beweglichen Ladungsträger zu resonanten Schwingungen anregt, so dass das Licht dieser Wellenlänge bevorzugt absorbiert und in alle Raumrichtungen gestreut wird. Strahlung mit Wellenlängen außerhalb des Resonanzbereichs kann dagegen weitgehend ungestört passieren.
Durch diesen Effekt erscheinen die erfindungsgemäßen metallischen Nanostrukturen in Durchsicht mit einem Farbeindruck, der sich aus den Wellenlängen des unbeeinflussten, nichtresonanten Anteils des einfallenden Lichts ergibt. Bei Betrachtung in Reflexion, bei der das Streulicht das visuelle Erscheinungsbild dominiert, wird der Farbeindruck der Nanostrukturen dagegen hauptsächlich durch den resonanten Anteil des Spektrums bestimmt. Welche Wellenlängen die resonanten Plasmaschwingungen anregen können, hängt neben dem Material, aus dem die Nanostrukturen bestehen, auch von der Form und Größe der Nanostrukturen und dem einbettenden Medium ab.
Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt zunächst ein Durchsichtssicherheitselement 20 mit einem Substrat 22 und einem Merkmalsbereich, der durch eine vollflächig aufgebrachte Merkmalsschicht 24 gebildet ist. Die Merkmalsschicht 24 enthält eine Vielzahl von metallischen Nanopartikeln 28, die in ein Trägermedium 26 eingebettet sind. Eine derartige Merkmalsschicht 24 kann beispielsweise durch Aufdrucken eines transparenten Lacks 26 erzeugt werden, in dem vorgefertigte metallische Nanopartikel 28 mit gewünschten Eigenschaften gelöst sind.
Die Nanopartikel 28 weisen einen Durchmesser unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, vorzugsweise zwischen 300 nm und 5 nm und insbesondere zwischen 200 nm und 10 nm auf. In einer bevorzugten Erfindungsvariante handelt es sich bei den Nanopartikeln 28 um Gold- oder Silber-Partikel. Allerdings zeigen auch andere Metalle, wie etwa Kupfer oder Aluminium, wenn auch teilweise in abgeschwächter oder modifizierter Form, Farbeffekte aufgrund von Plasmonenanregung, so dass auch diese Metalle als Material für die Nanopartikel 28 in Betracht kommen.
Neben kugelförmigen Nanopartikeln 28 können auch anders geformte Partikel, wie etwa Rotationsellipsoide, beliebige Vielflächler oder auch stäbchen- oder plättchenförmige Partikel eingesetzt werden. Von der Kugelform abweichende Partikel zeigen, wenn sie nach einer Vorzugsrichtung im Raum orientiert sind, zusätzlich von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts abhängige Effekte.
Neben homogenen metallischen Nanopartikeln 28 kommen auch beschichtete Kern-Hülle Teilchen für die Farberzeugung in Betracht. Diese können sowohl einen metallischen Kern mit dielektrischer oder metallischer Hülle aufweisen als auch einen dielektrischen Kern mit metallischer Ummantelung. Beispiele für derartige Gestaltungen sind Silber-Partikel mit einer TiO₂-Hülle oder Polystyrol-Kerne mit einer Gold-Beschichtung. Der Zahl an Kombinationsmöglichkeiten ist hier kaum eine Grenze gesetzt, zumal die Materialien neben der amorphen Phase auch in kristalliner bzw. polykristalliner Form vorliegen können.
Im einfachsten Fall wird der transparente Lack 26, in dem die Nanopartikel 28 gelöst sind, vollflächig auf das Substrat 22 aufgetragen, beispielsweise aufgedruckt, wie in 2 dargestellt. Breitbandiges einfallendes Licht 30 regt in den Nanopartikeln 28 dann je nach Material, Form und Größe der Partikel 28 und ihrem einbettenden Medium 26 bestimmte Plasmaschwingungen (Plasmonen) an. Beispielsweise liegt die Resonanzfrequenz für im Wesentlichen kugelförmige Goldpartikel mit einem Durchmesser von 50 nm bei etwa 520 nm, für Goldpartikel mit einem Durchmesser von 150 nm bei etwa 580 nm.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die Nanopartikel 28 und das einbettende Medium 26 so aufeinander abgestimmt, dass die Resonanzfrequenz der eingebetteten Nanopartikel 28 im Grünen bei einer Wellenlänge von etwa 530 nm liegt. Bei Betrachtung in Reflexion 32, wo das von den Nanopartikeln 28 gestreute Licht den Farbeindruck dominiert, erscheint die Merkmalsschicht 24 daher grün. In Transmission 34 erscheint die die Merkmalsschicht 24 dagegen in der subtraktiven Komplementärfarbe, also mit einem roten Farbeindruck.
Anders als bei Beugungsstrukturen oder Interferenzschichtsystemen hängt der Farbeindruck der metallischen Nanopartikel nicht vom Einfallswinkel der Strahlung und der Betrachtungsrichtung ab. Die erfindungsgemäßen Sicherheitselemente durchlaufen beim Kippen auch nicht das sichtbare Spektrum oder Ausschnitte davon, sondern weisen einen im Wesentlichen konstanten Farbeindruck auf. Da die Farbeffekte durch Nanostrukturen, die wesentlich kleiner als die Periode herkömmlicher Beugungsgitter sind, hervorgerufen werden, weisen sie eine besonders hohe Fälschungssicherheit auf, da derart kleine Strukturen mit herkömmlichen Verfahren, wie etwa Direktbelichtung oder Dot-Matrix-Verfahren, kaum herzustellen sind.
Anstatt vollflächig ausgebildet zu sein, kann der Merkmalsbereich des Sicherheitselements 20 auch in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung gestaltet sein. Es ist auch möglich, in verschiedenen Teilbereichen des Merkmalsbereichs verschiedene metallische Nanostrukturen vorzusehen, beispielsweise Nanopartikel 28 aus unterschiedlichen Materialien und/oder Nanopartikel 28 verschiedener Form und Größe. Dadurch können verschiedene Bereiche des Merkmalsbereichs unterschiedlich eingefärbt werden.
Darüber hinaus kann der mit den farbgebenden Nanopartikeln 28 versehene Lack 26 zusätzlich herkömmliche Farb- oder Effektpigmente enthalten, um die beobachtbaren Farbeffekte zu modifizieren. Auch können verschiedene Arten von metallischen Nanopartikeln 28, beispielsweise mit variierendem Durchmesser, miteinander vermischt werden, um in Zusammenwirkung eine gewünschte Farbwirkung zu erzeugen.
In einer weiteren Ausgestaltung können Maßnahmen ergriffen werden, um die räumliche Verteilung von zunächst homogen in einem Trägermedium dispergierten Nanopartikeln 28 oder die Vorzugsrichtung nicht-sphärischer Nanopartikel zu beeinflussen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Nanopartikel mit einem magnetischen Kern ausgestattet werden, so dass sie mit Hilfe räumlich variierender Magnetfelder an den vorgesehenen Orten des Merkmalsbereichs konzentriert werden können. Die Nanopartikel 28 sind dabei zunächst noch im Trägermedium 26 beweglich. Erst nachdem sie mit Hilfe des Magnetfelds platziert und/oder ausgerichtet wurden, werden sie immobilisiert, indem das Bindemittel des Trägermediums 26, beispielsweise durch Trocknen oder Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet wird, oder das Trägermedium 26 oder zumindest das darin enthaltene Lösungsmittel durch Wärmezufuhr verdampft wird.
Alternativ können auch an sich unmagnetische Nanopartikel 28 durch funktionale Beschichtungen an magnetische Träger-Partikel gekoppelt werden, die dann zusammen mit den farbgebenden Nanopartikeln 28 durch externe Magnetfelder gezielt angeordnet und/oder ausgerichtet werden.
Nach einer bevorzugten Erfindungsvariante wird die Verteilung der Nanopartikel 28 durch eine Strukturierung der Oberfläche, auf die sie aufgebracht werden, gezielt beeinflusst. Wie im Ausführungsbeispiel der 3 gezeigt, kann beispielsweise eine transparente UV-härtende Lackschicht 40 in an sich bekannter Weise mit einer gewünschten Reliefprägung versehen werden, so dass eine strukturierte Oberfläche mit Erhebungen 42 und Vertiefungen 44 entsteht. Auf die so strukturierte Oberfläche wird dann ein fluides Medium 46, in dem die Nanopartikel 48 gelöst sind, aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt. Anschließend wird das fluide Medium 46 von der beschichteten Oberfläche gerakelt oder gewischt, so dass die Nanopartikel 48 nur in den Vertiefungen 44, nicht aber auf den erhabenen Oberflächenbereichen 42 zurückbleiben.
Um zu verhindern, dass die Nanopartikel 48 während der Weiterverarbeitung aus den Vertiefungen 44 herausfallen, kann die Struktur mit einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Lackschicht abgedeckt werden. Umfließt der zur Abdeckung verwendete Lack die Nanopartikel 48, so kann auf diese Weise auch der Brechungsindex des die Partikel einbettenden Mediums definiert werden. Gegenwärtig ist jedoch bevorzugt, dass die Nanopartikel 48 im ursprünglichen Trägermedium 46 eingebettet bleiben, das beim Abrakeln der Oberfläche zusammen mit den Nanopartikeln 48 in den Vertiefungen 44 verbleibt.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Metallschicht 50 zwischen Substrat 22 und UV-Lackschicht 40 vorgesehen, um den Farbeindruck der Nanopartikel 48 gezielt zu modifizieren. Alternativ kann auch, wie in 5 gezeigt, vor dem Auftragen der Nanopartikel 48 eine Metallschicht 52 auf die geprägten UV-Lackschicht 40 aufgebracht, beispielsweise aufgedampft werden und dadurch der Farbeindruck der Nanopartikel 48 modifiziert werden.
Nach einer vorteilhaften Herstellungsvariante kann auch die in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2007/005200 beschriebene Mikrotiefdrucktechnik zum Einsatz kommen, die die Vorteile von Druck- und Prägetechnologien vereint. Kurz zusammengefasst wird bei der Mikrotiefdrucktechnik eine Werkzeugform bereitgestellt, deren Oberfläche eine Anordnung von Erhebungen und Vertiefungen in Gestalt einer gewünschten Mikrostruktur aufweist. Die Vertiefungen der Werkzeugform werden mit einem die Nanopartikel enthaltenden, härtbaren farbigen oder farblosen Lack befällt, und der zu bedruckende Träger wird für eine gute Verankerung des Lacks vorbehandelt. Dann wird die Oberfläche der Werkzeugform mit dem Träger in Kontakt gebracht und der in Kontakt mit dem Träger stehende Lack in den Vertiefungen der Werkzeugform gehärtet und dabei mit dem Träger verbunden. Anschließend wird die Oberfläche der Werkzeugform wieder von dem Träger entfernt, so dass der mit dem Träger verbundene, gehärtete Lack mit den Nanopartikeln aus den Vertiefungen der Werkzeugform gezogen wird. Für eine ausführlichere Darstellung des Mikrotiefdruckverfahrens und der damit verbundenen Vorteile wird auf die genannte Patentanmeldung PCT/EP2007/005200 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Bei den oben beschriebenen Sicherheitselementen kann der visuelle Eindruck nicht nur von den Effekten der Plasmonen-Anregung in den Nanopartikeln 48 erzeugt werden, sondern kann auch durch Beugungseffekte an den Strukturen, die durch die Erhebungen 42 und Vertiefungen 44 vorgegeben sind, beeinflusst werden. Im Falle periodisch angeordneter linearer Gräben kann sich beispielsweise zusätzlich zu den beschriebenen Plasmonen-Effekten eine für Beugung an einem linearen Gitter typische spektrale Aufspaltung des Lichts zeigen. Diese Beugungseffekte können gezielt in das Design des Sicherheitselements integriert werden. Sind bei anderen Gestaltungen solche stark farberzeugende Zusatzeffekte unerwünscht, so können die Erhebungen und Vertiefungen 42, 44 auch unregelmäßig angeordnet und beugungsbedingte Farberscheinungen weitgehend unterdrückt werden.
Zur Illustration zeigt 6(a) eine Aufsicht auf den Merkmalsbereich 60 eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements, bei dem die Vertiefungen 44 mit den Nanopartikeln 48 in zwei Raumrichtungen periodisch angeordnet sind. Es versteht sich, dass die mit px und py bezeichneten Periodenlängen gleich oder verschieden sein können, so dass in x-Richtung und y-Richtung gleiche oder verschiedene Beugungs-Farbeffekte auftreten.
Bei der Aufsicht auf den Merkmalsbereich 62 der 6(b) sind die Vertiefungen 44 mit den Nanopartikeln 48 nur in y-Richtung periodisch angeordnet, während sie in x-Richtung zufällig verteilt sind. Beugungseffekte durch die periodische Anordnung der Vertiefungen 44 treten bei einer solchen Gestaltung nur in y-Richtung auf, während sie in x-Richtung unterdrückt sind. Sollen die farbaufspaltenden Beugungseffekte ganz unterdrückt werden, können die Vertiefungen 44 auch in beiden Raumrichtungen zufällig angeordnet sein, wie in dem Merkmalsbereich 64 der 6(c) gezeigt.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel 70 einer weiteren Erfindungsvariante, bei dem die Nanopartikel 78 in ein Dünnschichtelement 72 mit Farbkippeffekt integriert sind. Dazu ist auf einem Substrat 22 eine spiegelnde Metallschicht 74, beispielsweise eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von mindestens 10 nm, eine dielektrische Zwischenschicht 75 aus einem UV-härtbaren Material und eine semitransparente Absorberschicht 76 aufgebracht, die beispielsweise durch eine etwa 8 nm dicke Chromschicht gebildet sein kann. Die dielektrische Zwischenschicht 75 ist vorzugsweise aus einem Trägermedium mit hohem Brechungsindex gebildet. Sie enthält auch die gewünschten metallischen Nanopartikel 78, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die Nanopartikel 78 dem Zwischenschichtmaterial vor dem Aufbringen beigemischt werden. Insgesamt ist bei dem auf Betrachtung in Reflexion ausgelegten Sicherheitselement 70 die Filterwirkung der Nanopartikel 78 mit der Farbfilterwirkung des farbkippenden Dünnschichtsystems 72 kombiniert.
In manchen Ausgestaltungen kann auf die semitransparente Absorberschicht 76 auch verzichtet werden. Soll das Sicherheitselement 70 in Transmission, also beispielsweise im Durchsichtsfenster einer Banknote eingesetzt werden, so wird die untere Metallschicht 74 zweckmäßig semitransparent gestaltet.
Es versteht sich, dass der Merkmalsbereich auch bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 7 in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung ausgebildet sein kann und dass auch hier in verschiedenen Teilbereichen verschiedene metallische Nanostrukturen vorgesehen sein können. Als Substrat 22 kommen sowohl transparente wie auch nichttransparente Schichtsysteme in Frage. Insbesondere kann das Substrat 22 beispielsweise durch eine transparente oder opake Kunststofffolie gebildet sein, die im fertigen Sicherheitselement verbleibt oder durch eine Transferfolie, die nach dem Übertragen des Sicherheitselements auf die Banknote 10 abgezogen wird. Das Substrat 22 kann auch durch das Banknotenpapier selbst gebildet sein. Dazu können die Nanopartikel beispielsweise vor dem Drucken in einem Primer suspendiert und direkt auf das Banknotenpapier gedruckt werden.
Die Herstellung der metallischen Nanopartikel selbst kann durch dem Fachmann bekannte physikalische oder chemische Verfahren erfolgen. Ein physikalisches Verfahren ist beispielsweise Laserablation.
Anstatt auf vorgefertigte Nanopartikel zurückzugreifen, die in geeigneten Medien gelöst und beispielsweise durch Drucken auf ein gewünschtes Substrat aufgebracht werden, können nach einem weiteren Erfindungsaspekt auch ein oder mehrere Subwellenlängengitter direkt auf das Substrat des Sicherheitselements aufgebracht werden. Derartige periodische Nanostrukturen erlauben einerseits stärkere Farbeffekte als die bisher beschriebenen metallischen Nanopartikel, andererseits erhöht die Vielzahl der Freiheitsgrade bei der Herstellung die Fälschungssicherheit derartiger Sicherheitselemente weiter.
Bei Subwellenlängengittern können außergewöhnliche Intensitätsänderungen in der Transmission bzw. in der Reflexion auftreten, wenn das einfallende Licht zu Resonanzen in den Zwischenräumen oder in den Hohlräumen der Gitterstruktur führt. Man kann bei Transmissionsgittern hierbei eine starke Intensitätsumverteilung zwischen Reflexion und Transmission für bestimmte Wellenlängenbereiche beobachten. Diese sogenannten Hohlraumresonanzen führen ebenso zu einer erhöhten Absorption des Lichtes. Erwähnenswert ist, dass dieser Effekt auch eine außergewöhnliche Transmissionserhöhung hervorrufen kann.
Auch die sogenannten Wood-Anomalien beeinflussen unabhängig von der Polarisierung des einfallenden Lichtes die Transmission- bzw. Reflexionsspektren von Gittern in der nullten Beugungsordnung. Eine Wood-Anomalie ist mit der Entstehung einer neuen Beugungsordnung verbunden, d. h. sie tritt auf, wenn der Ausfallswinkel 90° beträgt. Die spektralen Positionen der Wood-Anomalien können damit aus der Gittergleichung abgeleitet werden. Sie ergeben sich für Wellenlängen λ = (p/m) (1 ± sin α), wobei p die Gitterperiode, α den Einfallswinkel und m die Beugungsordnung darstellen. Beim Verschwinden einer Beugungsordnung muss ihre Intensität auf die verbleibenden Beugungsordnungen umverteilt werden, was auch zu einer spektralen Intensitätsänderung in der nullten Beugungsordnung führt. Schließlich wurde eine Erhöhung der Transmission, einhergehend mit einer Verringerung der Reflexion, bei Drahtgittern für Wellenlängen der Wood-Anomalien unter TE-Polarisation (E-Vektor parallel zur Gitterstruktur) beobachtet. Für zunehmend größere Wellenlängen reduziert sich die Transmission und geht schließlich im Grenzfall gegen Null.
Zur Illustration werden zunächst Strukturen beschrieben, die nur in einer Dimension eine Periodizität aufweisen. 8 zeigt einen Querschnitt durch ein Sicherheitselement 80 mit einer transparenten Trägerfolie 82, auf die eine UV-Prägelackschicht 84 aufgedruckt und in Form eines Rechteckprofils geprägt ist, welches eine Periodenlänge p, beispielsweise 300 nm, eine Stegbreite b, beispielsweise 100 nm, und eine Ganghöhe h, beispielsweise 100 nm, aufweist. Auf die Prägelackschicht 84 wurde dann eine Aluminiumschicht 86 einer Dicke d, beispielsweise 30 nm, senkrecht aufgedampft und die entstanden Struktur mit einer weiteren Schutzlackschicht 88 versehen.
Auf diese Weise ergibt sich eine in die Lackschichten 84, 88 eingebettete metallische Binärstruktur 86, die ausschließlich ebene metallische Flächenabschnitte auf nur zwei verschiedenen Höhenstufen enthält (metallisches Bi-Grating). Die metallischen Flächenabschnitte können auch auf mehr als zwei Höhenniveaus, insbesondere auf n = 3 bis n = 16 verschiedenen Höhenstufen angeordnet sein und so eine allgemeinere Multilevelstruktur bilden.
Wenn der Aufdampfwinkel Q der Metallschicht 90 von 90° abweicht, entsteht ein Subwellenlängengitter mit einem z-förmigen Metallprofil, wie in 9 für den Fall Q = 45° illustriert. In der vereinfachten Darstellung der 9 ist dabei angenommen, dass die Breite des Metallauftrags in der unteren Ebene durch die geometrische Abschattung beim Bedampfen vorgegeben ist und dass die Dicke d des Metallfilms 90 auf der oberen und unteren Ebene identisch ist. Die Bereiche 92, 94 und 96 unterhalb, innerhalb und oberhalb des z-förmigen Metallprofils können im allgemeinen Fall verschiedene Brechungsindices n₁, n₂ bzw. n₃ aufweisen. Bei der Verwendung von Standard-UV-Lack für die geprägte Lackschicht und die Schutzlackschicht liegen diese Werte in der Regel jedoch alle bei n = 1,5.
Die Transmissions- bzw. Reflexionsspektren solcher Subwellenlängengitterkönnen beispielsweise mit Hilfe von elektromagnetischen Beugungstheorien berechnet werden. Um die wahrgenommene Farbigkeit dieser Gitter abschätzen zu können, wird das für den sichtbaren Wellenlängenbereich berechnete Spektrum mit dem Spektrum der Normlampe D65 und den Empfindlichkeitskurven des menschlichen Auges gefaltet. Daraus ergeben sich die Parameter X, Y und Z, die die Farbwerte Rot, Grün und Blau widerspiegeln.
10 zeigt stark schematisiert die Farbigkeit erfindungsgemäßer Subwellenlängengitter mit einer Gitterperiode p = 300 nm, einer Stegbreite b = 100 nm, einer Ganghöhe h = 100 nm, einer Dicke d = 30 nm der aufgedampften Aluminiumschicht und gleichen Brechungsindices der umgebenden Dielektrika n₁ = n₂ = n₃ = 1,5 für senkrechten Einfall unpolarisierten Lichts. In 10(a) sind die Farbwerte X (Kurve 100-R), Y (Kurve 102-R) und Z (Kurve 104-R) des reflektierten Lichts in der nullten Beugungsordnung in Abhängigkeit von dem Bedampfungswinkel Q dargestellt. 10(b) zeigt die Farbwerte X (Kurve 100-T), Y (Kurve 102-T) und Z (Kurve 104-T) des transmittierten Lichts, ebenfalls in der nullten Beugungsordnung.
Der in 8 gezeigte Spezialfall senkrechter Bedampfung liegt für Q = 90° vor. Bei zunehmend schrägem Bedampfungswinkel prägt sich ein z-förmiges Drahtprofil aus, wobei sich das in 9 dargestellte Profil für Q = 45° ergibt. Der Bedeckungsgrad des Metallfilms wird dabei kleiner und die Transmission des Lichts nimmt zu. Ist der Winkel Q kleiner als arctan(h/(p – b)) findet keine Metallisierung der unteren Ebene mehr statt.
Eine starke Farbigkeit einer Nanostruktur ergibt sich, wenn einer der Farbwerte X, Y, Z gegenüber den anderen Farbwerten dominant ist oder wenn die Farbwerte stark von einander abweichen. Wie den Kurvenverläufen 100, 102 und 104 der 10 zu entnehmen, dominiert insbesondere für Auf dampfwinkel Q im Bereich zwischen etwa 45° und etwa 80° der Farbwert Z die Transmission (10(b), Kurve 104-T), während die Farbwerte X und Y die reflektierte Strahlung dominieren (10(a), Kurven 100-R, 102-R). Derartige Subwellenlängengitter erscheinen somit mit einer deutlich ausgeprägten Farbigkeit in Transmission und Reflexion.
Für die Farbwahrnehmung ist weiter wünschenswert, dass die Reflexion eines Objekts mindestens 20% beträgt, damit sich das am Objekt reflektierte Farbspektrum vom reflektierten Licht des umgebenden Mediums abhebt. Die Transmission kann dagegen für die Farbwahrnehmung geringer sein, da üblicherweise nur das transmittierte Licht des Objekts beobachtet wird und das Streulicht der Umgebung verdeckt ist. Für die Lichtintensität des oben beschriebenen Gitters erhält man für Aufdampfwinkel Q im Bereich zwischen 30° und 90° eine Reflexion von 30% bis 60% und eine Transmission zwischen 5% und 45%. Bei schrägeren Bedampfungswinkeln erhöht sich dabei die Transmission, während sich die Reflexion reduziert.
Zusätzlich zu den beschriebenen Effekten ändert sich bei den erfindungsgemäßen Subwellenlängengittern die Farbwirkung bei Betrachtung in polarisiertem Licht. Auch dadurch unterscheiden sich die erfindungsgemäßen farbgebenden Merkmalsbereiche von farbigen Oberflächen, die mit konventionellen Mitteln erzeugt wurden. Beispielsweise ändert sich für Subwellenlängengitter mit den oben genannten Gitterparametern insbesondere die Intensität des Farbwerts Z (Blau) mit der Polarisation des einfallenden Lichts, wobei die Unterschiede zwischen TE-Polarisation (E-Vektor des einfallenden Lichts parallel zu den Gitterlinien) und TM-Polarisation (E-Vektor des einfallenden Lichts senkrecht zu den Gitterlinien) bei einem Bedampfungswinkel im Bereich von Q = 45° besonders groß sind.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können die beschriebenen Subwellenlängengitter mit einer Beugungsstruktur kombiniert sein, die einfallende elektromagnetische Strahlung spektral aufspaltet. Zur Illustration zeigt 11 ein Sicherheitselement 110, dessen Merkmalsbereich mit einer metallisierten Prägestruktur 112 mit zwei überlagerten Gittern versehen ist. Das Gitter mit der kleineren Gitterperiode p_s bildet ein Subwellenlängengitter der oben beschriebenen Art. Dieses Subwellenlängengitter ist mit einem zweiten Gitter einer wesentlich größeren Periode pi überlagert, welches dazu dient, eine Vervielfachung bzw. spektrale Verbreiterung der oben beschriebenen Resonanzen des Subwellenlängengitters zu erzeugen.
Verwendet man örtlich variierende Breiten der metallischen Gitterlinien, beispielsweise eine Modulation der Gitterlinienbreite in Form einer Schwebung oder eine statistische Variation der Gitterlinienbreiten, so können die Plasmonen-Resonanzen spektral verbreitert werden. Dadurch kann ein breiterer Bereich des sichtbaren Lichtspektrums in seiner Intensität beeinflusst werden als dies durch ein streng periodisches Gitter der Fall wäre.
In Verallgemeinerung der bisher beschriebenen eindimensionalen Subwellenlängengitter können auch zweidimensionale Kreuzgitter eingesetzt werden, die in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch oder auch statistisch angeordnet sind. 12 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Merkmalsbereich 120 mit einem in zwei Raumrichtungen periodischen, rechteckigen Kreuzgitter 122. Die Abfolge schraffierter und nicht schraffierter Rechtecke 124, 126 stellt jeweils höher bzw. tiefer liegende metallisierte Flächenabschnitte dar, wie sie im Querschnitt beispielsweise in 8 dargestellt sind.
Aufgrund der rechteckigen Gestaltung des Kreuzgitters 122 sind die Periodenlängen in x-Richtung und y-Richtung, px und py, im Allgemeinen ver schieden. Bei unterschiedlichen Periodenlängen px, py erzeugt das Kreuzgitter 122 im polarisierten Licht einen unterschiedlichen Farbeneindruck, je nachdem, ob das Licht vertikal oder horizontal polarisiert ist. Bei Betrachtung mit unpolarisiertem Licht nimmt der Betrachter eine Mischfarbe wahr. Sind die Periodenlängen px und py dagegen gleich, so sieht das Kreuzgitter bei Betrachtung mit unpolarisiertem Licht ebenso aus, wie wenn man es mit vertikal oder horizontal polarisiertem Licht betrachtet.
Die ein- oder zweidimensionalen Subwellenlängengitter können auch durch eine wiederholte Anordnung metallischer Strukturelemente gebildet sein, wobei neben quadratischen oder rechteckigen Elementen insbesondere auch kreisförmige, elliptische, ringförmige oder beliebig geformte Elemente in Betracht kommen.
13 zeigt zur Veranschaulichung in (a) eine Aufsicht 130 auf ein Subwellenlängengitter, das aus einer zweidimensionalen periodischen Anordnung von Ringelementen 132 gebildet ist. Die Periodenlängen px und py liegen dabei beide unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts und können beispielsweise 300 nm betragen. Während in 13(a) der Fall px = py dargestellt ist, können die Periodenlängen selbstverständlich auch verschieden sein. Für die Anregung von Plasmonen durch einfallendes Licht ist insbesondere die Ringbreite der Ringelemente 132 von Bedeutung.
Bei der Aufsicht 134 der 13(b) sind zwei unterschiedliche Geometrien miteinander kombiniert, nämlich streifenförmige Strukturelemente 136 und ringförmige Strukturelemente 132. Insbesondere die Streifen 136 werden durch die externe elektromagnetische Strahlung angeregt. Sie transportieren die aufgenommene elektromagnetische Energie zu den Ringelementen 132 und übertragen sie teilweise auf diese. Da Strukturelemente unterschiedli cher Geometrie in der Regel auch unterschiedliche Plasmonenresonanzen aufweisen, kann eine derartige Kombination unterschiedlicher Strukturelemente zu einem modifizierten Resonanzverhalten und damit zu einem veränderten Farbeindruck des Gesamtsystems führen.
Allgemein können die beliebig geformten Elemente statistisch oder stochastisch auf der Fläche die farbig erscheinen soll verteilt werden.
Es versteht sich, dass die bei den eindimensionalen Subwellenlängengittern beschriebenen Varianten, insbesondere die Nutzung von Wood-Anomalien und die Kombination der Subwellenlängengitter mit Beugungsgittern auch bei zweidimensionalen Kreuzgitter und den ein- oder zweidimensionalen Strukturelement-Anordnungen eingesetzt werden können.
Die beschriebenen Subwellenlängengitter können auch in ein Interferenzschichtsystem integriert werden, um ihre optische Wirkung zu modifizieren oder zu verstärken. Ein beispielhaftes Schichtsystem ist in dem Querschnitt der 14 gezeigt. Dabei ist auf einer transparenten Trägerfolie 140 eine UV-Prägelackschicht 142 aufgedruckt und in Form eines gewünschten ein- oder zweidimensionalen Subwellenlängengitters geprägt. Auf die Präglackschicht 142 ist dann eine Aluminiumschicht 144 einer gewünschten Dicke senkrecht oder unter einem gewissen Aufdampfwinkel Q aufgedampft.
Anschließend wird eine Schicht 146 mit hohem Brechungsindex, vorzugsweise ZnS oder TiO₂ aufgebracht, beispielsweise ebenfalls durch Bedampfen. Ob bzw. wie deutlich sich die Prägestruktur an der Oberfläche dieser hochbrechenden Schicht 146 noch wiederfindet, hängt von den Umständen ab, unter denen die Schicht aufgebracht wurde. Der diesbezüglich wichtigste Parameter ist natürlich die Schichtdicke. Das Interferenzschichtsystem wird durch Aufbringen einer weiteren Schicht 148 eines transparenten Materials mit geringerem Brechungsindex, zum Beispiel Schutzlack mit n = 1,5, abgeschlossen. Die optische Wirkung der hochbrechenden dielektrischen Schicht 146 wird wesentlich durch ihre Dicke und den Brechzahl-Unterschied zur Umgebung bestimmt.
Die für die beschriebenen Subwellenlängengitter erforderliche hohe Auflösung lässt sich beispielsweise mit Hilfe von Elektronenstrahllithographie-Anlagen erreichen, wobei selbst kleinste Partikel mit einer lateralen Ausdehnung von wenigen 10 nm noch mit individuellen Umrissen erzeugen werden können. Als Resist wird dabei typischerweise PMMA verwendet. Der Origination mittels Elektronenstrahllithographie folgt galvanisches Abformen und die Herstellung von Prägewerkzeugen, mit deren Hilfe die Nanostrukturen anschließend durch Prägen in UV-härtbaren Lack oder einen thermoplastisch verformbaren Kunststoff auf Folienbahnen vervielfältigt werden können. Die metallischen Nanostrukturen erhält man im darauffolgenden Schritt durch Bedampfen oder Besputtern mit dem entsprechenden Material in der gewünschten Schichtdicke, wobei zu beachten ist, dass die Metallschichtdicke in der Regel kleiner als die Prägetiefe sein sollte. Als Metalle werden vorzugsweise Gold, Silber, Kupfer und Aluminium eingesetzt.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen metallischen Nanostrukturen besteht darin, dass sie selbst in Mikrostrukturen mit Ausdehnungen >= 1 μm noch periodisch oder quasiperiodisch angeordnet werden können. Typische Beispiele für solche Mikrostrukturen sind Buchstaben und Symbole, die die Mikromotivbilder einer Moiré-Vergrößerungsanordnung bilden. Die Funktionsweise und vorteilhafte Anordnungen für derartige Moiré-Vergrößerungsanordnungen sind in den Druckschriften DE 10 2005 062 132 A1 und WO 2007/076952 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Füllt man derartige Mikrostrukturen mit erfindungsgemäßen Nanostrukturen, so kann ihnen eine auf andere Weise nur schwer oder gar nicht erreichbare Farbigkeit insbesondere mit mehreren Farben auf sehr kleinem Raum verliehen werden.
15 zeigt in (a) bis (c) beispielhaft drei Ausführungsformen von Mikromotivelementen 150, die durch Füllung mit metallischen Nanostrukturen farbig erscheinen. Die Mikromotivelemente 150, die in 15 zur Illustration nur durch den Buchstaben „A" dargestellt sind, weisen typischerweise eine laterale Abmessung zwischen 10 μm und 35 μm und eine Strichstärke zwischen 1 μm und 10 μm auf und können daher mit herkömmlichen Verfahren nur schwer farbig gestaltet werden.
Bei der in 15(a) gezeigten Erfindungsvariante enthält der Bereich der Mikromotivelemente 150 metallische Nanopartikel 152, die in ein Trägermedium 154 eingebettet sind, wie oben genauer beschrieben. Die Mikromotivelemente 150 der 15(b) sind mit einem linearen Subwellenlängengitter 156 gefüllt, und die in 15(c) gezeigten Mikromotivelemente 150 mit einem quadratischen Kreuzgitter 158.
Die Farberzeugung bzw. Schwärzung wird durch die Anregung von Plasmonen in den jeweiligen Nanostrukturen 152, 156, 158 bewerkstelligt, wie oben bereits beschrieben. Im Falle der Füllung mit dem Liniengitter 156, dessen Periode deutlich kleiner sein soll als die Wellenlänge sichtbaren Lichts, wird neben dem Farbeffekt auch ein polarisierender Effekt zu beobachten sein. Welche Farbe im Detail entsteht, hängt von der Beschaffenheit der Na nostrukturen und der Art der dielektrischen Einbettung ab, wie bereits ausführlich erläutert. Die deterministischen Strukturen 156, 158 der 15(b) und (c) können durch Prägen in UV-Lack und anschließendes Aufdampfen einer Metallschicht geeigneter Dicke hergestellt werden. Bei Bedarf kann anstelle einer einfachen Metallschicht auch zusätzlich ein Schichtsystem aufgebracht werden, wie oben beschrieben, etwa um die plasmonischen Farbeffekte zusätzlich zu verstärken.
Bei den entstehenden Profilformen können sich die mit Nanostrukturen versehenen Flächenabschnitte auf der Ebene des Velinbereichs befinden oder im Vergleich zu dieser Ebene nach unten oder nach oben versetzt sein. Typische Prägetiefen liegen im Bereich zwischen 10 nm und 500 nm für die Nanostrukturen und bis maximal 10 μm für die Mikrostrukturen.
Darüber hinaus können die nach oben oder unten versetzten Bereiche, die die Flächen der Mikromotivelemente 150 definieren, auch gekrümmte Profile aufweisen.
In den Darstellungen der 15 besteht der Velinbereich aus einer unstrukturierten, glatten Oberfläche, während die die Mikrostrukturen bildenden Flächen mit Nanostrukturen ausgestattet sind. Es ist allerdings auch der umkehrte Fall möglich, in dem die Mikrostrukturen keine zusätzliche Strukturierung erfahren, sondern der umgebende Velinbereich nanostrukturiert ist. Wie in dem Ausführungsbeispiel der 16 gezeigt, kommt auch eine Kombination beider Möglichkeiten in Betracht, bei der sowohl die Mikromotivelemente 160 als auch der umgebende Velinbereich 162 mit Nanostrukturen 164, 166 versehen sind, die jeweils unterschiedliche Farbwirkungen erzielen.
In Ergänzung zu den bisher beschriebenen Ausgestaltungen können sich die Nanostrukturen auch innerhalb einer Mikrostruktur verändern, beispielsweise kontinuierlich, abrupt oder statistisch. Das Gleiche gilt für die Nanostruktur-Füllung des Velinbereichs: auch sie muss nicht zwangsweise homogen sein, wie in den Ausführungsbeispielen der 15 und 16 gezeigt. Auch die die Flächenabschnitte, die keine Nanostrukturen enthalten, können unstrukturiert oder mit anderen Strukturen gefüllt sein. In Frage kommen dazu beispielsweise Mikrostrukturen, wie etwa Sägezahn-Strukturen oder retroreflektive Würfeleck-Strukturen, oder sogenannte Mottenaugenstrukturen, die Licht absorbieren und daher dunkel bis schwarz aussehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005062132 A1 [0031, 0104]
- WO 2007/076952 A2 [0031, 0104]
- EP 2007/005200 [0072, 0072]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „The moiré magnifier", M. C. Hutley, R. Hunt, R. F. Stevens and P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142 [0005]

Claims

Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einem einfallende elektromagnetische Strahlung selektiv beeinflussenden Merkmalsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich metallische Nanostrukturen enthält, in denen durch die einfallende elektromagnetische Strahlung Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt und/oder Resonanzerscheinungen hervorgerufen werden.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich einfallende elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich selektiv beeinflusst.
Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich einfallende elektromagnetische Strahlung selektiv reflektiert und/oder transmittiert.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich transparent oder transluzent ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich in verschiedenen Teilbereichen verschiedene metallische Nanostrukturen enthält.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich als metallische Nanostrukturen metallische Nanopartikel aufweist, die in ein Trägermedium eingebettet sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel eine größte Abmessung zwischen 2 nm und 400 nm, bevorzugt zwischen 5 nm und 300 nm und besonders bevorzugt zwischen 10 nm und 200 nm aufweisen.
Sicherheitselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel mit einer Vorzugsrichtung, insbesondere als Rotationsellipsoide oder in Stäbchen- oder Plättchenform ausgebildet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel aus homogenen metallischen Partikeln gebildet sind, insbesondere aus Au-, Ag-, Cu- oder Al-Partikeln.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel aus Kern-Hülle-Partikeln gebildet sind, bei denen mindestens eines der Materialien von Kern und Hülle ein Metall, insbesondere Au, Ag, Cu oder Al ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das andere der Materialien von Kern und Hülle ein Dielektrikum ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Materialien von Kern und Hülle magnetisch ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich eine Mischung verschiedener metallischer Nanopartikel enthält, insbesondere eine Mischung von Nanopartikeln unterschiedlichen Durchmessers.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium durch eine transparente oder gefärbte Lackschicht gebildet ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel in dem Merkmalsbereich magnetisch angeordnet und/oder ausgerichtet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich eine strukturierte Oberfläche mit Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei die metallischen Nanopartikel in den Vertiefungen der strukturierten Oberfläche angeordnet sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche durch eine geprägte Lackschicht, insbesondere eine geprägte UV-Lackschicht gebildet ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche durch eine geprägte und metallisierte Lackschicht gebildet ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche eine Beugungs struktur bildet, die die einfallende elektromagnetische Strahlung spektral aufspaltet.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die periodisch strukturierte Oberfläche bezüglich der Periode oder des Azimutwinkels, welcher die räumliche Orientierung der periodischen Strukturen definiert, um einen bestimmten Mittelwert schwankt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich eine Metallschicht enthält, über der die metallischen Nanostrukturen angeordnet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich ein Dünnschichtelement mit Farbkippeffekt enthält, das eine Metallschicht, eine Absorberschicht und eine zwischen der Reflexionsschicht und der Absorberschicht angeordnete dielektrische Abstandsschicht aufweist, wobei die metallischen Nanopartikel in der dielektrischen Abstandsschicht angeordnet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich als metallische Nanostrukturen ein oder mehrere Subwellenlängengitter mit Gitterperioden unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts enthält.
Sicherheitselement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter als Binärstrukturen ausgebildet sind, die ausschließlich ebene metallische Flächenabschnitte auf nur zwei verschiedenen Höhenstufen enthalten.
Sicherheitselement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter als Multilevelstrukturen ausgebildet sind, die ausschließlich ebene metallische Flächenabschnitte auf n verschiedenen Höhenstufen enthalten, wobei n zwischen 3 und 16 liegt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter ein z-förmiges Metallprofil aufweisen.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter mit einer Beugungsstruktur kombiniert sind, die die einfallende elektromagnetische Strahlung spektral aufspaltet.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter Gitterlinien mit einer variierenden Breite aufweisen.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterperioden der Subwellenlängengitter zwischen 10 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 50 und 400 nm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 350 nm liegen.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter durch lineare Gitter gebildet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter durch zweidimensionale Kreuzgitter gebildet sind, die in einer oder zwei Raumrichtungen periodisch sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter durch ein- oder zweidimensionale wiederholte Anordnung von metallischen Strukturelementen gebildet sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Strukturelemente in Form von Quadraten, Rechtecken, Kreisflächen, Ringstrukturen, Streifen oder einer Kombination dieser Elemente oder beliebig geformte Elemente gebildet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter in ein Interferenzschichtsystem integriert sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung vorliegt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich Mikrostrukturen mit einer Strichstärke zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm enthält.
Sicherheitselement nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturen ein Motivbild aus einer planaren periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Mikromotivelementen bilden, deren laterale Abmessungen vorzugsweise zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm, insbesondere zwischen etwa 10 μm und etwa 35 μm liegen.
Sicherheitselement nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass eine planare periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Mikrofokussierelementen zur Moiré-vergrößerten Betrachtung der Mikromotivelemente des Motivbilds vorgesehen ist, deren laterale Abmessungen vorzugsweise zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm, insbesondere zwischen etwa 10 μm und etwa 35 μm liegen.
Sicherheitselement nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Mikromotivelementen und die Anordnung von Mikrofokussierelementen zumindest lokal jeweils ein zweidimensionales Bravais-Gitter bilden, wobei die Anordnung von Mikromotivelementen und/oder die Anordnung von Mikrofokussierelementen ein Bravais-Gitter mit der Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters bildet.
Sicherheitselement nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beobachtbare Farbspektrum durch eine Intensitätsumverteilung aufgrund einer Wood-Anomalie beeinflusst wird.
Sicherheitselement nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die metallischen Nanopartikel nach Anspruch 9, die mit einer Vorzugsrichtung insbesondere als Rotationsellipsoide oder in Stäbchen- oder Plättchenform ausgebildet sind, oder durch lineare oder kreuzförmige Gitter Farbeffekte aufgrund der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes entstehen.
Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Anspruch 1 bis 43, bei dem das Sicherheitselement in einem Merkmalsbereich mit metallischen Nanostrukturen versehen wird, in denen durch die einfallende elektromagnetische Strahlung Volumen- oder Oberflächenplasmonen angeregt und/oder Resonanzerscheinungen hervorgerufen werden.
Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich in verschiedenen Teilbereichen mit verschiedenen metallischen Nanostrukturen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Nanostrukturen in ein Trägermedium eingebettete metallische Nanopartikel auf ein Substrat aufgebracht, insbesondere aufgedruckt werden.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die in ein Trägermedium eingebetteten metallischen Nanopartikel in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel nach dem Aufbringen auf das Substrat durch ein externes Magnetfeld ausgerichtet und/oder angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel nach dem Ausrichten und/oder Anordnen durch Trocknen oder Härten des Trägermediums immobilisiert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer strukturierten Oberfläche mit Erhebungen und Vertiefungen versehen wird, und dass die metallischen Nanopartikel in die Vertiefungen der strukturierten Oberfläche eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluides Trägermedium mit den metallischen Nanopartikeln auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt wird, und die strukturierte Oberfläche dann gerakelt oder gewischt wird, so dass die metallischen Nanopartikel nur in den Vertiefungen der strukturierten Oberfläche zurückbleiben.
Verfahren nach Anspruch 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche mit den in den Vertiefungen eingebrachten Nanopartikeln mit einer Lackschicht abgedeckt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 46 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Nanopartikel in die dielektrische Abstandsschicht eines Dünnschichtelements mit Farbkippeffekt integriert werden.
Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Nanostrukturen ein oder mehrere Subwellenlängengitter mit Gitterperioden unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts auf ein Substrat aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Prägelackschicht eine Reliefstruktur in Form der gewünschten Subwellenlängengitter eingeprägt wird und auf die Reliefstruktur eine Metallisierung aufgebracht, insbesondere aufgedampft wird.
Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung in einem Aufdampfwinkel Q aufgedampft wird, der zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 80° liegt.
Verfahren nach Anspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte Reliefstruktur mit einer weiteren Lackschicht abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass als Subwellenlängengitter eine ein- oder zweidimensionale wiederholte Anordnung von metallischen Strukturelementen auf das Substrat aufgebracht, insbesondere aufgedampft wird.
Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter mit Strukturelementen in Form von Quadraten, Rechecken, Kreisflächen, Ringstrukturen, Streifen oder einer Kombination dieser Elemente oder beliebig geformten Elementen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Subwellenlängengitter mit zumindest zwei Strukturelementen mit unterschiedlichen Geometrien gebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 44 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich mit Mikrostrukturen mit einer Strichstärke zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrostruktur ein Motivbild aus einer planaren periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Mikromotivelementen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die lateralen Abmessungen der Mikromotivelemente zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm, vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und etwa 35 μm liegen.
Verfahren nach Anspruch 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegende Seite des Trägers mit einer planaren periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Mikrofokussierelementen zur Moiré-vergrößerten Betrachtung der Mikromotivelemente des Motivbilds versehen wird.
Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumente, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder derglei chen, das mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 65.
Sicherheitspapier nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitspapier ein Trägersubstrat aus Papier oder Kunststoff umfasst.
Datenträger, insbesondere Markenartikel, Wertdokument oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 65.
Datenträger nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement in oder über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung des Datenträgers angeordnet ist.
Verwendung eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 65, eines Sicherheitspapiers nach Anspruch 66 oder 67, oder eines Datenträgers nach Anspruch 68 oder 69 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.